Rayleigh Scattering

Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa langit berwarna biru pada siang hari, tetapi tampak kemerahan saat matahari terbenam? Jawaban atas pertanyaan ini terletak pada fenomena fisika yang dikenal sebagai Rayleigh Scattering atau Hamburan Rayleigh. Fenomena ini merupakan salah satu prinsip dasar dalam ilmu atmosfer dan optik, yang menjelaskan bagaimana cahaya berinteraksi dengan partikel-partikel kecil di atmosfer bumi.

Rayleigh Scattering adalah proses hamburan elastis gelombang elektromagnetik, terutama cahaya, oleh partikel-partikel kecil yang jauh lebih kecil dibandingkan panjang gelombang cahaya itu sendiri. Nama fenomena ini diambil dari ilmuwan Inggris, Lord Rayleigh (John William Strutt), yang pertama kali menjelaskannya secara matematis pada abad ke-19. ^[1]

Secara sederhana, ketika cahaya matahari memasuki atmosfer bumi, ia berinteraksi dengan molekul-molekul udara seperti nitrogen dan oksigen. Karena molekul-molekul ini berukuran sangat kecil, mereka tidak menyerap cahaya, tetapi menyebarkannya ke segala arah.

Rayleigh menemukan bahwa intensitas hamburan sangat bergantung pada panjang gelombang cahaya. Secara matematis, intensitas hamburan Rayleigh sebanding dengan 1/λ⁴ (lambda adalah panjang gelombang). Ini berarti:

Cahaya dengan panjang gelombang pendek (seperti biru dan ungu) akan dihamburkan lebih kuat dibandingkan cahaya dengan panjang gelombang panjang (seperti merah). ^[2]

Karena mata manusia lebih sensitif terhadap warna biru dibandingkan ungu, maka langit tampak biru.

Cahaya matahari terdiri dari berbagai warna yang membentuk spektrum cahaya tampak. Ketika cahaya ini melewati atmosfer, komponen warna biru dan ungu tersebar lebih banyak karena panjang gelombangnya lebih pendek. Walau sebenarnya warna ungu lebih banyak dihamburkan daripada biru, mata manusia memiliki lebih sedikit reseptor untuk warna ungu, sehingga warna birulah yang tampak dominan di langit. 

Mengapa Matahari Terlihat Merah Saat Terbenam?

Pada saat matahari terbit atau terbenam, cahaya matahari harus melewati lapisan atmosfer yang lebih tebal dan panjang. Dalam perjalanan panjang ini, sebagian besar cahaya biru dan hijau sudah dihamburkan keluar dari garis pandang, menyisakan cahaya merah dan oranye yang memiliki panjang gelombang lebih panjang. Akibatnya, matahari tampak kemerahan di ufuk.

Selain menjelaskan fenomena alam, Rayleigh Scattering juga memiliki berbagai aplikasi praktis, antara lain:

1. Optik Atmosfer: Digunakan untuk memahami perambatan cahaya dan pengamatan cuaca.
2. Spektroskopi: Digunakan untuk mengidentifikasi partikel kecil atau molekul dalam gas atau cairan.
3. Komunikasi Optik: Memengaruhi desain sistem komunikasi berbasis serat optik karena hamburan Rayleigh dapat menyebabkan pelemahan sinyal.
4. Astronomi: Membantu mengoreksi distorsi cahaya dari bintang akibat hamburan atmosfer saat pengamatan dari Bumi.

Rayleigh Scattering adalah fenomena fisika yang menjelaskan bagaimana dan mengapa cahaya tersebar saat melewati atmosfer bumi atau media lainnya. Dengan pemahaman ini, kita bisa mengerti mengapa langit berwarna biru, mengapa senja tampak merah, dan bagaimana cahaya berperilaku dalam berbagai lingkungan. Meskipun konsepnya sederhana, dampaknya sangat luas dan menjangkau berbagai bidang ilmu pengetahuan dan teknologi.